安第斯海拔梯度上两种南美斑蝶属蝴蝶的遗传变异、基因-环境互作与气候适应潜力

《Journal of Evolutionary Biology》：Disentangling local adaptation and phenotypic plasticity in traits associated with altitude and temperature in widespread tropical butterflies

　　

摘要

气候分层，尤其是温度差异，沿着海拔梯度出现。理解这些区域间的分化可以为物种形成和物种多样性提供见解，并有助于了解物种可能如何应对气候变化情景。过去的大多数研究集中于温带地区，而热带地区全年稳定的温度使得海拔温度变化更加显著，并增加了在相对狭窄的梯度内发生局部适应的可能性。在此，我们研究了遗传和环境因素如何影响两个分布广泛的南美热带蝴蝶物种——Heliconius erato（斑蝶属朱红眼蝶）和Heliconius melpomene（斑蝶属美勒波墨涅蝶）——的一系列性状，这两个物种跨越了安第斯山脉的海拔梯度分布。我们对沿海拔梯度捕获的70多只野生雌蝶所产下的1000多只后代进行了"共同花园"饲养，并将海拔范围两端的种群置于互相对方的温度环境中进行饲养，以研究遗传效应、环境效应及基因与环境交互作用对发育、形态和热耐受性性状的影响。我们发现两个物种的翅色存在平行分化，高海拔地区的颜色更深，这与翅色在体温调节中发挥作用是一致的。我们还发现了基因与环境交互作用的证据：在H. erato中，我们发现热驯化反应存在局部差异，仅低海拔种群（这些种群暴露于最热温度下）在较高饲养温度下表现出更长的热击倒时间。我们发现大多数所测量性状中存在可遗传的遗传变异，这对适应气候变化具有积极意义，尽管我们的结果表明，自然选择可能不会以简单直接的方式作用于这些性状。